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电池片制作工艺对硅片中同心圆的影响

 

近年来，光伏产业发展迅猛，提高效率和降低成本成为整个行业的目标。在晶体硅太阳电池的薄片化发展过程中，出现了许多严重的质量问题，如碎片、隐裂、表面污染、电极不良等，正是这些缺陷限制了电池片的光电转化效率和使用寿命。同时，由于没有完善的行业标准，硅片原材料的质量也是参差不齐，一些缺陷片的存在直接影响到组件乃至光伏系统的稳定性。

 

硅是地球外壳第二位最丰富的元素。提炼硅的原材料是SiO2，它是砂子的主要成分。工业上使用石英岩生产冶金级硅。用于太阳能电池以及其他半导体器件的硅，其纯度级比冶金级更高。而对于半导体电子工业来说，硅不仅要很纯，而且必须是晶体结构中基本上没有缺陷的单晶形式。工业上生产太阳能电池硅片所用的主要方法是直拉工艺。在坩埚中，将半导体级多晶硅熔融，同时加入掺杂剂。在温度可以精细控制的情况下用籽晶能够从熔融硅中拉出大圆柱形的单晶硅。

 

半导体硅的性质依赖于它在制作过程的工艺，其中最重要的是最终产品所表现出来的晶体完美程度。

 

在一个理想的单晶体中，在任何一个晶体点阵附近排列的原子，严格地与所有其他格点重复。实际晶体可接近于这样的完整排列。在多晶固体中，在单个晶粒内存在着这类长程有序性，晶粒的直径可以从几分之一微米到毫米。多晶晶粒的取向彼此之间也不尽相同，因而在这些地方相邻原子之间不能完美地“配合”，结果在晶粒的边界处出现局部应变和畸变。

 

硅太阳能电池一直使用单晶材料制造，因为它具有优良的电特性。它们的载流子的迁移率很高，没有晶粒边界，很少有促使光生电子和空穴复合的缺陷。缺陷处的复合会降低少数载流子的寿命，因而也降低了电池效率。

 

少子寿命是太阳能电池中半导体的最重要的电性能之一，不过它并不是所用半导体的本征特性。甚至，同一种半导体不同的样品之间，其数值也可有很大变化，而且还会在电池的加工过程中发生变化，其加工步骤会影响材料的性质，并因此影响太阳能电池的性能。

 

生产单晶硅的常见的方法是提纯原材料，熔融物在严格控制的温度变化速率下凝固并生长出单晶以及最后将单晶锭锯成薄片并抛光。而在硅材料的生产过程中会造成很多缺陷，而这些缺陷势必会导致晶体硅片的少数载流子浓度降低，从而导致硅片中有此类缺陷的部分在PL测试中表现为发光强度较弱或是不发光，而因原料硅片的制作工艺的不同，较常见的是硅片中存在同心圆。

 

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